Условие задачи

Напишите уравнения возможных реакций гидроксида цинка со следующими веществами:
Ва(ОН)2, HNO3, Аl2O3, Р2O5, Rb2O, Na2CO3.
Укажите условия протекания реакций.

Решение

Ниже приведено подробное решение задачи по неорганической химии (реакции амфотерного гидроксида цинка). В решении используются закон сохранения массы и типичные особенности реакций амфотерных веществ (способность реагировать как с кислотами, так и с основами, а в условиях высоких температур – при дегидратации).

Обозначим гидроксид цинка как Zn(OH)₂.

1. Реакция с Ba(OH)₂

Бариумгидроксид – сильное основание. Так как Zn(OH)₂ является амфотерным, в избытке щёлочи он растворяется с образованием тетрагидрокцинката:
  Zn(OH)₂ + 2 OH⁻ → [Zn(OH)₄]²⁻

При использовании Ba(OH)₂ в качестве источника OH⁻ реакция протекает в сильнощелочном растворе (при избытке Ba(OH)₂).

2. Реакция с HNO₃

При взаимодействии с кислотой протекает типичная нейтрализация:
  Zn(OH)₂ + 2 HNO₃ → Zn(NO₃)₂ + 2 H₂O

Условия – водный раствор, реакция протекает при комнатной температуре.

3. Реакция с Al₂O₃

Гидроксид цинка и окид алюминия – оба амфотерны. Однако в стандартном водном растворе между ними реакции не наблюдается. При нагревании гидроксид цинка сначала дегидратируется до оксида (ZnO), который затем в твердой фазе при высокотемпературном спекании вступает в реакцию с Al₂O₃ с образованием спинеля – цинкалиuminate:
  Zn(OH)₂ → ZnO + H₂O  (при дегидратации)
  ZnO + Al₂O₃ → ZnAl₂O₄
Можно записать совокупное уравнение (при условии проведения реакции в твердой фазе при высоких температурах):
  Zn(OH)₂ + Al₂O₃ → ZnAl₂O₄ + H₂O

4. Реакция с P₂O₅

Диоксид фосфора (фосфорный ангидрид) является сильным агентом дегидратации и кислотным анидром, способным превращать гидроксиды в соответствующие фосфаты или метафосфаты при отщеплении воды. В данном случае при нагревании Zn(OH)₂ реагирует с P₂O₅ с образованием метафосфата цинка:
  Zn(OH)₂ + P₂O₅ → Zn(PO₃)₂ + H₂O

Реакция протекает при высокой температуре (в условиях сухого спекания).

5. Реакция с Rb₂O

Рубидий – щёлочной металл, и его оксид при взаимодействии с водой быстро превращается в RbOH:
  Rb₂O + H₂O → 2 RbOH

В присутствии избытка гидроксид-ионов амфотерный Zn(OH)₂ также растворяется с образованием комплексного иона – рубидиевого цинкат-ионa:
  Zn(OH)₂ + 2 RbOH → Rb₂[Zn(OH)₄]

Таким образом, если реакция проводить в водном растворе, где Rb₂O сначала гидролизуется до RbOH, возможно образование Rb₂[Zn(OH)₄].

6. Реакция с Na₂CO₃

При добавлении карбоната натрия в водный суспензию Zn(OH)₂ возможно замещение – часть гидроксид-ионов замещается карбонат-ионом с образованием нерастворимого карбоната цинка. Запишем уравнение:
  Zn(OH)₂ + Na₂CO₃ → ZnCO₃↓ + 2 NaOH

Условия: реакция протекает в водном растворе при умеренной температуре. Заметим, что при избытке Na₂CO₃ (и, соответственно, NaOH) карбонат цинка может повторно растворяться с образованием комплексных ионов (цинкатов), но при добавлении карбоната в стехиометрическом соотношении осаждается ZnCO₃.

Таким образом, использовав правила неорганической химии для амфотерных оксидов и гидроксидов, получили следующие реакции:

1. Zn(OH)₂ + 2 OH⁻ → [Zn(OH)₄]²⁻  (при избытке Ba(OH)₂, сильно щёлочной раствор)
2. Zn(OH)₂ + 2 HNO₃ → Zn(NO₃)₂ + 2 H₂O  (нейтрализация, водный раствор)
3. Zn(OH)₂ + Al₂O₃ → ZnAl₂O₄ + H₂O  (при нагревании – спекание, дегидратация с образованием спинеля)
4. Zn(OH)₂ + P₂O₅ → Zn(PO₃)₂ + H₂O  (в условиях сухого спекания, высокая температура)
5. Zn(OH)₂ + 2 RbOH → Rb₂[Zn(OH)₄]  (водный раствор; Rb₂O гидролизуется до RbOH)
6. Zn(OH)₂ + Na₂CO₃ → ZnCO₃↓ + 2 NaOH  (осаждение карбоната цинка в водном растворе)

Каждая реакция протекает при специфических условиях (кислотно-щелочная среда или высокая температура), что определяется амфотерностью гидроксида цинка и реакционной способностью вступающих веществ.

Нужно решить другие задачи?

Решить задачу

Похожие задачи